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如何理解宇宙膨脹超光速,而我們看到的卻幾乎沒變化?

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這個(gè)問題時(shí)空通訊已經(jīng)回答過很多次,看來還有許多人有興趣,并且沒弄清楚,就再啰嗦一遍。

宇宙膨脹整體超光速是肯定的,但小尺度很慢。這個(gè)超光速是基于宇宙很大,有465億光年可觀測半徑,這是一個(gè)龐大的數(shù)字。

我們一定要理解光年是一個(gè)什么概念。

光年就是光在真空中走一年的路程。光速在真空中每秒約30萬公里,一個(gè)儒略年為365.25天,就是31557600秒,這樣一光年就是約9.46萬億公里。

旅行者1號(hào)是人類發(fā)射已經(jīng)飛得最遠(yuǎn)的航天器,飛了43年時(shí)間,才走了220多億公里,約430分之一光年。它現(xiàn)在以每秒17公里的速度飛行,要飛出太陽約1光年的引力圈,還需要17000多年。

從我們地球和太陽系的運(yùn)行來看,我們并沒有感覺到宇宙膨脹的速度,否則我們就無法把控旅行者1號(hào)的飛行軌跡和速度了。

為什么宇宙膨脹速度超光速,我們感覺不到呢?原來宇宙膨脹是均勻的膨脹,就像吹一個(gè)氣球,當(dāng)然不是我們想象這么小的氣球,也不是有一個(gè)吹嘴的氣球,而是一個(gè)不斷脹大像籃球一樣圓形的球。

這只是為了比喻,實(shí)際上宇宙的樣子遠(yuǎn)比這復(fù)雜很多,而且到底什么樣,也無定論。

如果按照這個(gè)球來比喻宇宙,所有的星系都在這個(gè)圓形的球表面上,隨著球的脹大,所有的星系都會(huì)相互分開。

但靠得很近的星系分開是緩慢的,只有遠(yuǎn)距離疊加起來才離開得很快。

所以,科學(xué)家們測量宇宙膨脹速度參數(shù),也叫哈勃常數(shù),是測量距離我們百萬秒差距(Mpc),約326萬光年遠(yuǎn)星系離開我們的速度。

幾十年來,科學(xué)界通過各種個(gè)方法測得的哈勃常數(shù)有一些出入,大概在67.8~82.4km/s·Mpc之間,平均值約75.1km/s·Mpc。也就是說在距離我們326萬光年的地方,星系離開我們的速度約75.1公里每秒。

計(jì)算宇宙膨脹速度適用哈勃定律。天文學(xué)家埃德溫·哈勃在上世紀(jì)初頁發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹,并得出了哈勃定律,其表達(dá)式為:Vf=HcxD。

這里,Vf表示星系遠(yuǎn)離我們的速率,單位為km/s(公里/秒);Hc為哈勃常數(shù),單位km/(s·Mpc);D為要測算的目標(biāo)相對(duì)地球的距離,單位Mpc。

哈勃定律包含著哈勃發(fā)現(xiàn)的宇宙膨脹規(guī)律,就是各向同性,速度均勻,越遠(yuǎn)越快,越近越慢,與距離成線性正比關(guān)系。

我們根據(jù)哈勃定律,代入哈勃常數(shù),就可以計(jì)算出距離我們?nèi)我饩嚯x星系離開我們的速度。

在那個(gè)可觀測宇宙邊緣距離我們460億光年的最遠(yuǎn)星系,離開我們的速度就大于光速的三倍。

這就是宇宙膨脹大于光速的含義。同樣,我們根據(jù)哈勃定律,代入哈勃常數(shù)向近距離反算,就會(huì)得出距離我們1光年的地方,宇宙膨脹的速率為0.023m/s,也就是每秒約2厘米多點(diǎn)。

在光年尺度,這點(diǎn)速度完全可以忽略不計(jì)吧?

即便距離我們254萬光年的仙女座星系,宇宙膨脹速度也是微乎其微的。

根據(jù)哈勃定律測算,在仙女座位置宇宙膨脹速率為58.5km/s,根據(jù)這個(gè)速率簡單計(jì)算,1000年才運(yùn)行約1.85萬億公里,約合不到1/5光年。相比254萬光年,只運(yùn)動(dòng)了1270萬分之一,人類肉眼根本無法分辨出來,因此人類看到的恒星等天體幾千年似乎都沒有什么變化。

更重要的是,在宇宙小尺度空間,引力還是起決定因素的。我們地球圍繞著太陽公轉(zhuǎn),太陽圍繞著銀心公轉(zhuǎn),整體上并沒有因?yàn)橛钪媾蛎浂珠_。

而且,銀河系與仙女座星系也由于相互巨大的引力,不但沒有分開,還在以每秒約100多公里的速度靠攏,按照這種趨勢運(yùn)行,在未來40億年內(nèi),必然會(huì)發(fā)生相撞融合。

宇宙中星系合并融合的事情很常見,一般認(rèn)為,巨大的橢圓星系就是星系融合的結(jié)果。

現(xiàn)在宇宙中還有許多正在融合過程中的星系被發(fā)現(xiàn),這些都證明宇宙膨脹是大尺度膨脹,小尺度引力還是天體運(yùn)行的決定因素。

但宇宙膨脹終究是宇宙整體的運(yùn)動(dòng)趨勢,受著暗能量的驅(qū)動(dòng),如果暗物質(zhì)無法戰(zhàn)勝暗能量,宇宙永遠(yuǎn)膨脹下去,所有星系最終都免不了分散消亡的下場。

宇宙的結(jié)局有很多種,其中的理論很復(fù)雜,這里就不扯了。

這就是時(shí)空通訊理解的宇宙膨脹,大尺度超光速,小尺度很緩慢。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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評(píng)論
科普5d5135acc689c
太師級(jí)
光年就是光在真空中走一年的路程。
2023-08-11